单层工业厂房课程设计

1 单厂课程设计单厂课程设计 一 设计资料 一 设计题目 厂 车间 二 设计条件 1 工艺要求 该车间为一单跨厂房 柱距 6m 长度 66m 跨度 30m 布置图见图 1 1 天窗按需设计 考虑采光 设有工作级别 A4 桥式吊车 吊车吨位 30 t 台 轨顶标 高 9 3m 吊车的有关参数见下表 1 1 吊车有关参数表吊车有关参数表 1 1 吊车 吨位 起重量 Q KN 吊车宽 B mm 轮 距 K mm 最大轮压 max P KN 最小轮压 min P KN 起重机总 重 KN 小车总重 1 Q KN 车高 H m 3030066505250320885151182600 2 气象条件 基本风压 0 5 KN m2 组合系数 0 6 基本雪压 0 3 KN m2 组合系数 k w 0 7 3 地质条件 修正后的地基承载能力特征值 200 KN m2 基础埋深应大于 a f 1 80m 4 地震设防烈度 6 度 5 建筑资料和荷载资料 1 不上人屋面 活载 0 5KN m2 2 防水卷材 二毡三油 0 35 KN m2 3 水泥珍珠岩制品 保温隔热 100mm 0 4 KN m2 4 20mm 水泥砂浆找平层 0 4 KN m2 5 围护墙 240mm 厚清水墙 19KN m3 6 门窗 钢门窗 0 45 KN m2 7 地面 混凝土地面 室内外高差150mm 8 大型屋面板及灌缝 1 4 0 1 1 5 KN m2 9 屋架采用 30m 预应力折线型屋架 每榀屋架自重标准值 139 5KN 10 维护墙直接支承于基础梁上 基础梁截面 240450mm 基础梁自重 2 7KN m 11 天窗采用 9m 跨度矩形无挡封板的纵向天窗 每榀天窗架每侧传给屋架的竖向荷载 为 34KN 包括自重 侧板 窗扇支撑等自重 12 采用 6m 跨等截面预应力混凝土吊车梁 截面高度 1200mm 每根吊车梁得重力荷 载 45 50KN 吊车轨道连接重力荷载为 0 81KN m 三 设计任务 1 设计内容 1 建筑学平面 立面 剖面图 2 结构方案 构件选型和结构布置 3 结构计算 计算简图 荷载计算 内力分析与组合 排架柱及牛腿设计 单独基础 设计 2 4 编写结构计算书 2 施工图内容 1 建筑平面 立面 剖面图 2 结构布置图 基础及基础梁布置图 吊车梁及柱间支撑布置图 屋盖结构布置图 3 柱的模板图和配筋图 4 基础模板图和配筋图 二 屋架选型 屋面荷载值 所以荷载等级为一等 选用单跨外天沟 9m 2 3 5 KN mm 钢天窗架 所以屋架型号为30 1YWJBb 屋面板选型 采用预应力屋架 屋面荷载在 2 5 左右 所以荷载等级为 2 采用预应力 冷拉 HRB235 级钢筋 所以物价型号为2YWB 吊车梁选型 根据吊车为 30 5t 承载力等级为 4 所以在边跨用 在中间用4YDLB 4YDLZ 基础梁选型 墙高为 12 55m 大于 5 5m 小于 14 5m 抗震设防等级为 6 级 所以选用 1JL 二 结构计算简图 由于 A B 柱的对称性 所以以下计算过程以 A 柱为例 1 排架柱的高度 1 基础的埋置深度及基础高度 设室内外地坪高差为 150mm 基础梁高度为 450mm 则基础顶面的标高为 0 700m 450 150 100 700mm 同时要求满足任务书上要求的基础埋深大于 1 8m 2 排架柱高度的确定 根据设计资料及图集得轨顶标高为 9 3m 吊车梁高为 1 2m 轨道及垫层高度为 0 17m 车 子的高度为 2 19m 车子安全行驶的高度取为 0 23m u H 吊车梁高 轨道构造高度 车子高度 车子安全行驶高度 1 2 0 17 2 6 0 22 4 19m 取 4 2m l H 轨顶标高 吊车梁高 轨道构造高度 基础顶面标高 取 8 8m9 3 1 20 170 708 63m 4 2m 8 8m lu mHHH 8 8 4 2 13 u H l H 2 柱的截面尺寸及几何特征及自重 1 柱的截面尺寸 由书上表 17 2 查得边柱可采用上柱 b h 500mm 500mm 的矩形截面 下柱采用 500mm 1000mm 150mm 100mm 的工字型截面 柱的尺寸和牛腿部位 ii bhhb 尺寸见下图 3 4 柱的尺寸和牛腿部位尺寸 2 柱的截面几何特征及柱的自重计算 对于排架列柱 A B 上柱 52 5005002 510Amm 394 500 125 21 10uImm 500 250 256 25GKN m 下柱 54 150 500 2 100 65025 150 1 2 42 3 10Amm 94 31 41 10 l Imm 250 235 75GKN m 根据柱的高度 吊车起重量及工作级别 A4 等条件 确定柱的截面尺寸 经计算得截面几何 特征 汇总见表 柱截面尺寸及相应的计算参数柱截面尺寸及相应的计算参数 计算参数 柱号 截面尺寸 mm 面积 2 mm惯性矩 4 mm 自重 kN m 上柱矩 500 500 2 5 1055 21109 6 25 A B 下柱 I500 1000 150 1002 3 1053 1411010 5 75 3 荷载计算 1 屋盖恒载标准值 6m 预应力大型屋面板 1 5 2 KN m 20mm 水泥砂浆找平层 0 4 2 KN m 100mm 厚水泥珍珠岩制品保温隔热层 0 4 2 KN m 三毡四油防水层上铺小石子 0 35 2 KN m 屋盖钢支撑 0 07 2 KN m 合计 2 72 2 KN m 每榀天窗架每侧传至屋架的荷载 34 2 KN m 屋架自重 139 5 2 KN m 则作用于横向平面排架边柱柱顶屋盖结构自重为 11 2 72615 139 5 234 02 02 6360 67 AB GGKN 1111 360 670 0518 03 ABAA MMG eKN m 5 2212 360 670 2590 17 ABA MMG eKN m 2 屋面活载 不上人屋面 取 0 5 2 KN m 1 0 56 150 77 47 31 A GKN 111 47 310 052 37 AAA MG eKN m 212 47 310 2511 83 AA MG eKN m 3 柱的自重重力荷载 22 6 254 226 25 AB GGKN 2222 26 250 256 56 ABA MMG eKN m 3 5 758 851 24 A GKN 4 吊车梁及轨道连接重力荷载 44 45 50 81650 36 AB GGKN 4444 50 360 4020 14 ABAA MMG eKN m 5 吊车荷载 由表 1 1 可得 A4 工作级 30 5t 吊车的参数为 B 6 65m K 4 8m Q 300KN g 118KN 320KN 88KN 可算得吊车梁支座 max P min P 反力影响线中各轮压对应点的竖向坐标值如图所示 6 吊车影响线作用图 吊车竖向荷载 吊车竖向荷载设计值为 maxmax 320 10 125 337 5 i DPyKN 88 1 0 125 99 min D mini Py KN 在柱 A 时 max D 4max444 337 5 337 50 4135 AAAA GDKN MG eKN m 在边柱 A 时 min D 4min444 99 990 439 6 AAAA GDKN MG eKN m 吊车横向水平荷载 30 5t 吊车一个轮子横向水平制动力 30 0 1 300118 410 45TKN max 10 45 10 125 11 76TKN 6 风荷载 该地区的基本风压 对于城市地区 风压高度变化系数按 B 类地区考虑 2 0 0 5 wKN m z 高度取值 对按柱顶标高 12 45m 考虑查得 对按天窗檐口标高 18 35m 21 q q1 07 z w F 考虑查得 风荷载体型系数的分布如图 2 2 所示 1 21 z s 7 0 6 0 7 0 6 0 2 0 8 0 5 0 6 风荷载体型系数图 q 1 q 2 q 3 q 4 q 5 q 6 q 7 q 8 q z 1 071 071 211 211 211 211 211 21 s 0 80 50 80 20 60 60 60 5 ik q 2 571 612 900 732 182 182 181 82 作用长 度 1 651 62 652 651 61 65 方向 110 60 8 1 070 502 57 sz qDwKN m 220 60 5 1 070 501 61 sz qDwKN m 1 65 2 9 1 82 1 6 0 732 18 2 65 2 182 18 19 79 w F KN 7 荷载汇总表见下表 荷载汇总表荷载汇总表 A B 柱荷载类 型 简图 N KN M KN m 恒载 G1A 360 67KN G2A 26 65KN G2A G4A 26 25 50 36 76 61KN G3A 51 24KN M1A 18 03 KN m M2A M4A 90 17 6 56 20 14 76 59KN m 8 屋面活 载 G1A 47 31KN M1A 2 37KN m M2A 11 83KN m 吊车竖 向荷载 Dmax在 A 柱 G4A 337 5KN Dmin在 A 柱 G4A 99KN M4A 135 KN m M4A 39 6KN m 吊车横 向水平 荷载 Tmax 11 76KN 一台 30 5 风荷载 Fw 19 79KN q1 2 57KN m q2 1 61 KN m 三 结构内力分析 由于 A B 柱的对称性 所以以下计算过程以 A 柱为例 该厂房为单跨等高排架 可用剪力分配法进行排架内力分析 其中柱的剪力分配 系数i 计算 见表3 1 柱的计算简图见上表2 2 表表 3 1 柱剪力分配系数表柱剪力分配系数表 柱的类别 ul nII u HH 3 0 l Hc EI 0 3 c 3 1 1 n 1 1 1 i i i A B 柱 n 0 166 0 323 2 57 0 c 9 27 03 AB 0 5 AB 内力的正负号规定见下图 内力正负号定义图 1 恒载作用下的排架内力计算 2 1 3 1 1 1 3 1 954 1 2 1 1 n C n 2 2 3 31 1 148 1 2 1 1 C n 11 1 18 031 954 2 71 13 A a M c RKN H 242 2 1 148 6 76 13 AA a MMc RKN H 76 59 12 2 716 764 05 aaa RRR 4 05 ab RR 分配给 A 柱的剪力为 0 5 ab RR 0 0 a A 柱柱顶的剪力为 4 0504 05 a VKN 从而求得 A 柱的其它内力为 35 04MKN I I m41 55MKN m5 91MKN m 386 92NKN I I 437 28NKN 488 52NKN 2 屋面活载作用下的排架内力计算 2 1 3 1 1 1 3 1 954 1 2 1 1 n C n 10 2 2 3 31 1 148 1 2 1 1 C n 11 1 1 954 0 356 13 A a M c RKN H 2 37 22 2 1 148 1 045 13 A a Mc RKN H 11 83 12 0 3561 0450 689 aaa RRRKN 0 689 ba RRKN 分配给 A 柱的剪力为 0 5 ab RR 0 0 a A 柱柱顶的剪力为 0 68900 689 a VKN 从而求得 A 柱的其它内力为 5 26MKN I I m6 57MKN m0 51MKN m 47 31NNNKN 3 吊车竖向荷载作用下的排架内力计算 1 当 Dmax在 A 柱时 2 2 3 31 1 148 1 2 1 1 C n 42 1351 148 11 92 13 A a Mc RKN H 42 39 61 148 3 5 13 B b Mc RKN H 分配给 A 柱的剪力为 0 5 11 923 5 4 21 ab RRKN a A 柱柱顶的剪力为 11 924 217 71 a VKN 从而求得 A 柱的其它内力为 32 38MKN m102 62MKN m 34 77MKN m 0N 337 5NNKN 2 当 Dmin在 A 柱时 11 2 2 3 31 1 148 1 2 1 1 C n 42 1 148 3 5 13 A a Mc RKN H 39 6 42 337 51 148 11 92 13 B b Mc RKN H 分配给 A 柱的剪力为 0 5 11 923 5 5 79 ab RRKN a A 柱柱顶的剪力为 3 65 799 29 a VKN 从而求得 A 柱的其它内力为 39 02MKN m0 58MKN m 81 17MKN m 0NKN 99NNKN 4 吊车横向水平荷载作用下的排架内力计算 吊车横向水平荷载是作用于吊车梁顶面 a 13 9 3 3 7 a 3 7 4 2 0 71 max T u H 当一台 30 5t 的吊车作用于该跨时 2 5 2 1 23 1 21 1 aa a n C n 3 3 2 3a 0 582 max5 11 760 5826 84 a RTCKN 6 84 ba RRKN 分配给 A 柱的剪力为 0 5 6 846 84 6 84 ab RRKN a A 柱柱顶的剪力为 6 846 840 a V 从而求得 A 柱的其它内力为 5 88MMKN m 117 6MKN m 0NNN 5 风荷载作用下的排架内力计算 1 当风为右吹时 12 对于作用 W F 1 19 79 W RFKN 剪力分配 0 5 19 790 9 895 ab RRKN a 19 799 8959 895 a V 对于作用 1 q 2 和q 4 66 3 1 1 1 30 338 1 8 1 1 n C aC b n 6 2 57 13 0 33811 29 a RqHCKN 6 1 64 13 0 3387 07 b RqHCKN 剪力分配 0 5 11 297 07 9 18 ab RRKN a 叠加后 9 8952 1112 01 a VKN 从而求得 A 柱的其它内力为 55 35MMKN m 318 31MKN m 41 19VKN 2 当风为左吹时 对于作用 W F 1 0RKN 剪力分配 0 5 19 790 9 895 ab RRKN a 09 8959 895 a VKN 对于作用 1 q 2 和q 4 66 3 1 1 1 30 338 1 8 1 1 n C aC b n 6 1 61 13 0 3387 07 a RqHCKN 6 2 57 13 0 33811 29 b RqHCKN 13 剪力分配 0 5 11 297 07 9 18 ab RRKN a 叠加后 7 079 182 11 a VKN 2 119 89512 01 a VKN 从而求得 A 柱的其它内力为 64 64MMKN m 292 18MKN m 32 14VKN 6 A 柱的内力汇总 1 A 柱的内力值汇总表见下表 A 柱的内力值汇总表柱的内力值汇总表 荷载类型 序 号M KN m N KN M KN m N KN M KN m N KN V KN 恒载135 04386 92 41 55437 28 5 91488 524 05 屋面活载2a5 2647 31 6 5747 31 0 5147 310 689 Dmax 在 A 柱 3a 32 380102 62337 534 77337 5 7 71 吊 车 竖 向 荷 载 Dmin 在 A 柱 3b 39 0200 5899 81 1799 9 29 吊 车 横 向 水 平 荷 载 一台 30 15 t 的 吊车4a 14 112 0 14 112 0 117 6 0 11 76 右吹 5a 55 35 0 55 35 0 318 31 0 41 39 风 荷 载 左吹 5b 64 640 64 640 292 180 32 94 2 A 柱的内力图汇总表见下表 14 A 柱的内力图汇总表柱的内力图汇总表 荷载类型弯矩图 KN m 轴力图 KN 恒载 屋面活载 Dmax 在 A 柱 吊车 竖向 荷载 Dmin 在 A 柱 15 一台 30 5t 的吊车 吊车 横向 水平 荷载 右吹 风荷 载 左吹 四 排架的内力组合 由于 A B 柱的对称性 所以以下组合过程以 A 柱为例 以 A 柱内力组合为例 列表进行内力组合 见下表 表中所列组合方式栏意义如下 A 柱内力组合表柱内力组合表 组合 方式 M KN m N KN M KN m N KN M KN m N KN V KN 1 2 1 1 4 0 9 2a 4a 5a 1 2 1 1 4 0 9 3a 4a 5a 1 2 1 1 4 0 9 3a 4a 5a Mmax 相应 N 136 2523 91166 97949 52585 961011 4 7 61 74 Mmax 相应 N 1 2 1 1 4 0 9 3b 4a 5b 1 2 1 1 4 0 9 2a 4a 3b 5b 1 2 1 1 4 0 9 2a 3b 4a 5 b 16 106 34464 3 156 65 709 09 626 33 770 57 62 3 1 2 1 1 4 0 9 2a 3b 4a 5b 1 2 1 1 4 0 9 2a 3a 4a 5a 1 2 1 1 4 0 9 2a 3a 4a 5 b Nmax 相 应 Mmax 99 72523 91158 691009 6 480 25 1071 0 8 60 17 1 2 1 1 4 0 9 3b 4a 5b 1 2 1 1 4 0 9 3b 4a 5b 1 2 1 1 4 0 9 3b 4a 5b Nmin 相应 Mmax 106 34464 30 148 37 649 48 625 69 710 96 63 17 五 柱 基础的配筋计算 由于 A B 柱的对称性 所以以下计算过程均以 A 柱为例 1 柱的配筋计算 材料 混凝土 C30 222 14 3 2 01 1 43 ctkt fN mmfN mmfN mm 钢筋 335HRB 2 300 yy ffN mm 箍筋 235HPB 2 210 y fN mm 52 2 010 s EN mm 2 0 52 bmmhmmmm aa45mmh50045455mm b500 100 162 5 1000 2 b 2 3 10 f f mm bmm hmm hmm Abhb hmm 5 柱截面参数 上柱 截面 500 500 A 2 5 10 下柱 截面 f f 0 1 5 b0 b0 aa45mmh100045 955mm 0 8 0 556 300 1 1 2 06100 0033 14 30 5564004551808 8 b y scu c cc f E fbhKN fbhfb b b b 截面界限受压区高度 截面 截面 f N N b mNKN m f h 14 3 0 556 100955 14 3 400 100 162 5 1688 8KN 由内力组合结果 表4 1 看 各组轴力N 均小于N 故各控制截面都为大偏心 受压情况 均可用N 小 M 大的内力组合作为截面配筋计算的依据 故 截面以 M 136 2KN 523 91计算配筋 截面以 M 626 33KN N 770 57KN 计算配筋 截面配筋同 截面 A 柱的截面配筋计算见下表 A 柱截面配筋计算表柱截面配筋计算表 截面 17 M KN m 136 2626 33 内力 N KN 523 91770 57 0 eM N mm 259 97812 81 a e mm2033 33 0 ia lee mm 279 97846 14 00 2 ul lHlH mm 84008800 1 0 5 1 0 cc f AN 1 01 0 20 1 15 0 01 1 0lh 0 9821 0 20 0 1 1 1400 i l ehh 12 1 3321 062 ccf xNf bxNf bmm 或 290a 73 27 01 45 tana40045220tan45575 0 70mm s hhacmm a 满足牛腿外边缘与外边缘的距离 牛腿的具体尺寸如图所示 0 vk 0 h 11 762 01 500 575 0 65 10 5 0 5 387 860 520 575 475 48387 86 hktk vk vk Ff bh Fa h KNFKN 对于牛腿截面高度 以防止斜裂缝不过宽为原则用下式进行验算 其中 0 65 F 1 0 5 满足要求 v smin 2 2 s 2 0 002 500600 600 1 43 0 45 5006000 45643 5 300 1614 710 2 12 ty s F mm ffbhmm Amm 由于的作用线在下柱外边缘里 只需根据最小配筋率确定纵筋的面积 Abh A 选用2 2另选作为锚筋焊在牛腿顶面与吊车梁连接的钢板下 验算牛腿顶部局部承压 20 22 0 750 75 14 3 240002574387 86 cV f AmmFmm 2 近视取A 480 500 24000M M 满足要求 22 0 0 3 2 575383 33 3 383 33 2385 60 5 710355 1002 160 0 2780 3 575 s mm A mmmm a h 0 0 a h可以不设弯起筋 按构造要求布置水平箍筋 取8 100 上部2 3h范围内水平箍筋 总面积为 A 50 3 满足要求 可不设弯筋 满足要求 牛腿配筋图见下图 具体的编号见施工图 4 柱的吊装验算 21 56 1 56 2 3 0 1 5 2 3 1010255 57 2 5 1010255 0 6 1 220 5 0 220 2211 49 60 46 1 5 0 87 db ss m qKN m qKN m qKN m MKN m MKN m DMh A 柱总长13 1 1 14 1 考虑动力系数建筑物重要系数1 0 0 5 25 0 85 按伸臂梁算得 44 10 按下式进行裂缝宽度验算 截面 62 2 ss 62 0 1 544 10 10 0 87455 1137 146 97 1137 0 5 500 500 0 0091 0 0091mm180 mm 1 5 0 871 5 61 46 10 0 87955 1765 61 84 1765 0 te tes ss te N mm D dN BMh AN mm 截面 以及 18 查书上图19 7得 满足要求 截面 B截面 2 ss 5 100 1000400 162 5 0 015 0 015mm190 mm tes dN 以及 18 查书上图19 7得 满足要求 柱的吊装位置及内力图见下图 A C B D B D 5 基础设计计算 1 地基承载力特征值和基础材料 由 建筑地基基础规范 修正后的地基承载能力特征值 200 a fKN 2 m 基础材料采用 C20 混凝土 fc 9 6N mm2 ft 1 10 N mm2 钢筋采用 HPB235 fy 210 N mm2 A12 及 A12 以下 钢筋的混凝土保护层厚 45mm 垫层采用 C10 混凝土 厚 100mm 2 基础地面内力及基础底面积计算 22 12 1 2 626 33m 425 77KNM 480 25m 344 61KN M a k f MKNMKN km ax 但因为基础底面积计算按p的要求进行 故内力均应为 荷载效应标准组合的内力值 见下述两组的内力值 括号内 610 74KN 12k 12k N 770 59KNN 1071 08KN 859 14K V 62 30KN 43 14KN V 60 31K N 42 08KN wk w w 12 55 64 2 4 81 8 190 24206 06 206 1612 7416 20245 21 e 2240 21000 KN KN N h 墙重 窗重 6 6 4 2 0 45 12 74KN 基础梁重 2 7 6 16 20KN 基础杯口以上墙体荷载标准值N 相应的设计值为 1 2 245 21 261 41KN 它直接施加在基础顶 面 对基础中心线的偏心距为 2120620mm 12 插入深度为H 1 1m 杯底厚度为a 0 25m 杯壁厚度为0 5m 基础高度为H 1 35m 基础底面尺寸LL 按以下估计 23 wk a0 0a m b f 1172 83 f N A A 000 0 0 a 基础顶面轴向力最大标准值为 N 313 69 859 14 1172 83KN 基础埋深为1 35 0 45 0 1 0 15 2 05 则基础底面以上总轴向力标准值 为1172 83 2 05 20 A 1172 83 42A A为基础底面面积 按轴心受压状态估计A 1172 83 42A 1 9 20 1172 83 20 k 2 3 m 7 42m 4 002 40 9 60m 6 4 20 9 62 1 k A Wm G 2 0 2 0 12 22 21 0 42 7 42 c 按 1 1 1 4 A估计偏心受压基础底面积 并求出基底截面抵抗矩 W 及基底以上基础及土自重标准值G 1 1 1 4 A 1 1 1 4 8 16 10 39 取A LL L L2 4 4 0 66 故按以上两组分别作用了基底面的相应荷载 403 2KN d bot 1k bot 1k bot 2k bot 2k 261 41403 2 1275 35 1 35261 41 0 62646 08m 261 41403 2 344 6142 08 1 35261 41 0 62563 49m e KN MKN MKN 效应标准组合的内力值为 N 610 74 425 77 43 14 N 859 14 1523 75KN 基础底面 1233 82 1 31 9 min 2236 772 2 60 68 min maxmax 1275 35646 08 132 85100 95 9 66 4 1523 75563 49 148 7288 04 9 66 4 0 1 2 bot k bot k bot k bot k kak MN KN m AW MN KN m AW pfp m ax m ax km i nkm i na 压力验算 pk pk 满足p p 2f 的条件 所以上 2 mm mm 00mma250mmt50025475mm mm t h475 5000 75 11 2 述假设的尺寸合理 3 基础其它尺寸确定和基础高度验算 按构造要求 假定阶梯形基础尺寸如下 H 1350 分三个阶梯 每阶高度为 450柱的插入深度H 11 杯底厚度 杯壁厚度 h 400 杯壁配筋 柱为大偏心受压的情况下 故杯壁内可不配筋 以上述两组相应荷载效应基本组合求得的底面基底净反力验算基础 bot 1 1 bot 1 1 d 313 69 1084 28 626 33m 626 3362 30 1 35313 690 62904 92m V62 30 e 904 92 1084 280 835 4 20 8351 165 d KN KN MKN MKN KN Mm Nam N 1 高度 N 770 59 N 770 59 N 基础底面合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离 根据 2 max2nmax 212 1084 28 3 m 2a3 1 1652 40 d N paLpKN 2 推得 258 53 3 L 24 bot 2 2 bot 2 dd max min 1071 08313 691384 77 480 25m 480 2560 31 1 35313 690 62 756 16m e 756 1384 7